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1500万吨刮板输送机永磁直驱系统研究获进展

2020-03-26   来源:煤炭学报   作者:王洋洋 鲍久圣 葛世荣

  近日,中国矿业大学鲍久圣教授团队,联合中国矿业大学(北京)的科研人员基于永磁同步电机设计了一套年输送量可达1500万吨的刮板输送机永磁直驱系统,并匹配计算了所需了永磁同步电机功率、转速以及变频控制器容量。成果以《刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型仿真与试验研究》(点击查看)为题在《煤炭学报》进行了网络首发。

  

  刮板输送机作为综采工作面关键机械设备,其性能好坏直接决定了井下煤炭开采的效率及成本的高低,而驱动系统是保障刮板输送机性能稳定、高效运行的首要条件。煤矿井下现有的刮板输送机主要采用三相异步电动机作为驱动系统动力源。然而三相异步电动机因为自身的特性,不能直接低速驱动大扭矩负载。为满足工程应用当中低速大扭矩场合,选择齿轮减速器与三相异步电动机配合使用。这种配套虽然可以实现低速大扭矩的输出,但是同时也降低三相异步电动机的使用效率,增加额外的设备成本及伴随着严重的振动和噪声、潜在的润滑油渗漏污染、大量的日常维护等弊端。

  

  近几年,永磁同步电机得到快速的发展和应用,因其不借助齿轮减速器就能实现低速大扭矩输出的特性被逐渐应用到刮板输送机驱动系统。研究人员以此为背景设计一种年输送量1500万吨的重型刮板输送机,采用兆瓦级永磁同步电机作为动力源,利用MATLAB/Simulink软件搭建刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合仿真模型,仿真研究永磁直驱系统在空载启动、满载运行、多边形效应等多种工况下永磁同步电机的输出转速、转矩、三相电流以及刮板链的速度、加速度、张力等动态特性变化规律。

刮板输送机永磁直驱系统仿真模型原理图

  

刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合仿真模型


  仿真结果表明,永磁直驱系统在刮板输送机启动及负载变化时能够快速响应且比较准确,由于减少了减速器的柔性缓冲,电机输出转速与转矩对负载突变响应波动较大;永磁直驱系统的动态响应在突变负载下与突变量成正相关关系,应当从驱动系统控制算法的优化角度出发减小波动,改善其性能;多边形效应影响系统速度控制的稳定性,机头链轮啮合处的链条更易受到多边形效应的影响。

  

  最后,研究人员搭建了小功率永磁同步电机直驱模拟试验台架,将仿真得到的机械负载特性曲线等效处理后通过测功机加载输入,开展了刮板输送机永磁同步电机直驱系统的模拟驱动试验。

  

  模拟试验结果表明,台架试验测得的永磁同步电机动态特性曲线与对应仿真试验得到的永磁同步电机动态曲线的变化规律基本一致,从而从侧面验证了研究建立的刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型的正确性。

  

  这项研究得到了国家自然科学基金-山西煤基低碳联合基金重点项目、中国矿业大学重大项目培育专项项目、江苏高校优势学科建设工程资助项目的资金支持。


  责任编辑:宫在芹

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